Temat: Generatory napięć sinusoidalnych wprowadzenie

Transkrypt

1 Temat: Generatory napięć sinusoidalnych wprowadzenie. Generator drgań eletrycznych jest to urządzenie wytwarzające drgania eletryczne w wyniu przetwarzania energii eletrycznej,zwyle prądu stałego na energię prądu zmiennego.. Sposoby uzysiwania drgań sinusoidalnych: Pierwszy polega na utworzeniu taiego wzmacniacza, tóry dla jednej ściśle oreślonej częstotliwości sygnału miałby wzmocnienie równe niesończoności - generator sprzężeniowy Drugi polega na odtłumieniu rzeczywistego obwodu rezonansowego LC elementem o ujemnej rezystancji celem sompensowania rezystancji strat generator dwójniowy 3. Waruni powstawania drgań Z godnie z założeniami pierwszego sposobu generacji drgań wyorzystujemy wzmacniacz o niesończonym wzmocnieniu. (Wzmacniacz spełnia ten warune jeśli ma dodatnie sprzężenie zwrotne oraz spełnione dwa waruni): Warune amplitudowy: u U U wy we u β u Wzmocnienie dąży do niesończoności,gdy mianowni tego wyrażenia dąży do zera,a więc: czyli β u ) β ( ) u (

2 Warune azowy: Wzmocnienie wzmacniacza i toru sprzężenia zwrotnego można przedstawić jao liczby zespolone w postaci wyładniczej: u jϕ jϕβ ue β β e i gdzie: ϕ - przesunięcie azy w uładzie wzmacniacza zatem ϕ - przesunięcie azy w uładzie sprzężenia zwrotnego β ϕ ) + ϕ ( ) + 36 ( β n 4. Podstawowe parametry generatora Częstotliwość generowanego przebiegu (wraz ze zmianami temperatury, puntu pracy i innych parametrów generowana częstotliwość ulega nieznacznym zmianom woół wartości nominalnej Stałość częstotliwości generowanego przebiegu jest to stosune średniej wartości odchyłi częstotliwości do wartości nominalnej. Wyrażany jest liczbą niemianowaną. Generatory sprzężeniowe mają tym lepsza stałość im więsze jest nachylenie charaterystyi Współczynni zawartości harmonicznych (ta ja w wzmacniaczach) Zares i charater przestrajania generatora (np. prądem, napięciem lub puntem pracy elementów atywnych)

3 Temat: Generatory LC i RC. Generator LC Do budowy generatorów sprzężeniowych LC stosuje się obwody seletywne o dużej dobroci, gdyż jej wartość decyduje o stromości charaterystyi φ() + φβ(),a co za tym idzie i o stałości częstotliwości całego generatora. Rys. Wzmacniacz OE obciążony pasywnym uładem linowym Załadając ze częstotliwość sygnału WE mieści się w zaresie średnich częstotliwości tego wzmacniacza. W taich warunach Uwy jest przesunięte względem Uwe o ąt zależny od charateru obciążenia (na oletorze) Charater rzeczywisty Charater pojemnościowy Charater inducyjny

4 Przyładem generatora sprzężeniowego LC jest uład z równoległym obwodem rezonansowym (rezonans prądów) Przy częstotliwości impedancja obciążająca tranzystor ma charater rzeczywisty (przesunięcie azowe 8 ) Załadając, ze impedancja wejściowa tranzystora jest dużo więsza od impedancji Z i Z + Z3 można pominąć jej wpływ na sprzężenie zwrotne. Wówczas schemat obwodu sprzężenia zwrotnego wygląda ta: Transmitancja sprzężenia zwrotnego: β Z3 Z + Z 3 Z Z 3 e j( ϕ ϕ ) 3 β e jϕ β Gdzie: Z Z + Z3 ϕ 3 arg( Z 3 ) ϕ B ϕ 3 ϕ Ponieważ argument dwójnia Z3 oraz dwójnia Z może się zawierać w granicach od - 9 do +9, to argument członu β (przesunięcie azowe sprzężenia zwrotnego) może się zawierać w granicach od -8 do +8. Aby był spełniony warune azowy powstawania drgań, przesunięcie azy w USZ dla powinno wynieść: 8 ( ϕ K + ϕβ 36 ) lub 8 ( ϕ K + ϕβ ). Generator RC 4

5 Generatory te można zbudować z użyciem dowolnego elementu atywnego. Funcję toru wzmacniającego zwyle pełni wzmacniacz jedno- lub dwutranzystorowy albo wzmacniacz operacyjny W generatorze tym użyto iltrów górnoprzepustowych W generatorze tym użyto iltrów dolnoprzepustowych Na rysunach przedstawiono schematy najprostszych uładów generatora RC zwanych generatorem z przesuwniiem azowym RC albo generatorem drabinowym RC W obu uładach rezystor Rc jest ta dobrany aby był zachowany warune amplitudy generacji drgań u β Dużo lepsze parametry cechują jedna generatory z budowane z mostów RC, zwane również czwórniami ratowymi RC. Jest to związane z ich dużym nachyleniem charaterystyi azowej w otoczeniu puntu równowagi. Przyładem taiego uładu jest moste Wiena. 5

6 Generator z mostiem Wiena pracuje w zaresie częstotliwości austycznej, ze względu na dobrą stałość częstotliwości i małe znieształcenia. Moste ma dwie gałęzie zawierające elementy RC oraz dwie gałęzie zawierające rezystory. Czwórni seletywny stanowi półmoste Wiena, czyli R,C,R,C. Jest on włączony między wejście nieodwracające wzmacniacza i wyjście, tworząc obwód dodatniego sprzężenia zwrotnego. Rezystory R3 i R4 tworzą obwód ujemnego sprzężenia zwrotnego i nie mają wpływ na częstotliwość drgań. Stan równowagi mosta występuje przy pulsacji: ω R C R C Jeżeli RRR czyli CCC (moste symetryczny) co najczęściej występuje w pratyce, to ω RC Warune amplitudowy wyraża się zależnością R3 R C + R4 R C a w mostu symetrycznym R 3 R Temat: Generator Colpittsa, Hartley a, Meissnera. Generator Colpittsa 4 π C C L C + C W generatorze Colpittsa zastosowano tranzystor NPN z potencjometrycznym zasilaniem bazy i ujemnym sprzężeniem zwrotnym dla sładowej stałej (RE) Rezystory RB i RE ustalają punt pracy tranzystora. Kondensator CE blouje sładową zmienną a ondensator CB stanowi element sprzęgający. Dławi Dł (element separujący) zapewnia przepływ sładowej 6

7 stałej prądu oletora, nie dopuszczając do zwarcia sygnału. Jest to wzmacniacz lasy A objęty dodatnim sprzężeniem zwrotnym (L, C). Generator Hartley a π ( L + L ) C Generator Hartley a zwany też czasem generatorem LC z dzieloną inducyjnością ma uład tai sam ja w generatorze Colpittsa (elementy o tych samych symbolach pełnią tę samą rolę) Jedna tutaj cewa L jest rozdzielona na dwie L oraz L (czasem stosuje się po prostu odczep z jednej cewi) 3. Generator Meissnera π LC W generatorze Meissnera dodatnie sprzężenie zwrotne zrealizowano za pomocą transormatora, zapewniającego przesunięcie azy równe φβ8 dzięi odpowiedniemu połączeniu uzwojeń (poazano ropami) Koletor tranzystora jest obciążony równoległym obwodem rezonansowym złożonym z inducyjności L uzwojenia pierwotnego transormatora i ondensatora C. Przy częstotliwości impedancja obciążająca oletor ma charater rzeczywisty i osiąga wartość masymalną. Przesuniecie azy we wzmacniaczu wynosi φ8 Zapewnia to spełnienie warunu azowego. Warune amplitudowy realizuje się przez odpowiednie dobrane przeładni transormatora. 7

8 4. Podsumowanie: Zmianę częstotliwości drgań generatorów osiąga się najlepiej przez zmianie pojemności ondensatorów wchodzących w sład obwodów rezonansowych Uład Meisnera Uład Copittsa Uład Hartley a 8

9 9

10 Temat: Generatory warcowe.. Generator warcowy jest to wzmacniacz operacyjny objęty seletywnym dodatnim sprzężeniem zwrotnym, zapewniającym spełnienie warunu azy oraz szeroopasmowego ujemnego sprzężenia zwrotnego, zapewniającego spełnienie warunu amplitudowego powstawania drgań sinusoidalnych. Właściwości wzmacniacza warcowego: stabilność częstotliwości drgań ( dzięi warcowi) duża stromość charaterystyi azowej toru sprzężenia zwrotnego (zapewnia rezonator warcowy) 3. Generatory warcowe. Jeżeli jest wymagana bardzo dobra stabilność pracy generatora, to stosuje się element stabilizujący częstotliwość drgań - rezonator piezoeletryczny (warcowy) lub ceramiczny. Działanie rezonatora piezoeletrycznego (najczęściej warcowego) polega na sprzężeniu mechanicznych drgań płyti ryształu z jego właściwościami eletrycznymi, tj. napięciem na przyłączonych do płyti eletrodach. Drgania mechaniczne wywołują napięcie na eletrodach i odwrotnie - napięcie powoduje drgania. To sprzężenie jest najsilniejsze dla częstotliwości rezonansu mechanicznego, ściśle oreślonej dla poszczególnych ryształów. Dobroć rezonatorów warcowych jest o. razy więsza niż onwencjonalnych uładów LC i wynosi Stabilność drgań jest bardzo duża i w zniomym stopniu zależy od temperatury.